[发明专利]一种超声波、超临界CO2及微波三次剥离制备石墨烯的方法

权利要求书

1.一种超声波、超临界CO₂及微波三次剥离制备石墨烯的方法，其特征在于，所述方法通过对石墨进行三次剥离制备获得石墨烯，所述三次剥离依次为超声波初次剥离、超临界CO₂二次剥离和微波最终剥离；制备获得的所述石墨烯层数在十层以内，并且所述石墨烯中不含有机官能团；

所述方法具体为：以石墨为原料，对石墨进行氧化和插层处理，烘干后，进行研磨过筛，制备获得可膨胀石墨；对所述可膨胀石墨利用超声波进行初次剥离，利用超临界CO₂进行二次剥离，最后利用微波进行最终剥离并去除有机官团，制备获得石墨烯；

所述方法包括以下步骤：

(1)石墨氧化、插层处理：以天然鳞片石墨或人造石墨为原料，先加入氧化剂进行氧化反应制备获得氧化石墨，然后加入插层剂进行插层反应，插层反应结束后对反应液进行抽滤，将滤出固体水洗至中性、烘干，获得烘干后插层石墨；

(2)制备可膨胀石墨：利用研磨设备将步骤(1)制备的所述烘干后插层石墨进行研磨过筛，获得可膨胀石墨；所选研磨设备为砂磨机、球磨机和气流磨中的任意一种；控制研磨过筛后制备获得的所述可膨胀石墨的粒度为50‐5000目；

(3)超声波初次剥离：将步骤(2)获得的可膨胀石墨分散在超声处理溶剂中，进行超声波处理以实现初次剥离；其中，超声波处理的具体条件为：控制超声处理温度范围为30‐80℃，超声功率为100‐800W,超声时间1‐10h；

(4)超临界CO₂二次剥离：将步骤(3)超声波处理后的反应溶液进行抽滤，将抽滤获得的固体放入超临界CO₂反应釜中进行超临界处理以实现二次剥离，获得二次剥离石墨；

(5)微波最终剥离：将步骤(4)超临界处理后的二次剥离石墨在惰性气体气氛下进行微波辐照处理以实现最终剥离，去除有机官团，获得石墨烯层数在十层以内的石墨烯。

2.根据权利要求1所述一种超声波、超临界CO₂及微波三次剥离制备石墨烯的方法，其特征在于，步骤(1)石墨氧化、插层处理具体为：以天然鳞片石墨或人造石墨为原料，将原料与氧化剂按照料液比为1:20‐30进行混合，控制温度0‐5℃搅拌30min进行氧化反应，制备获得氧化石墨；往氧化反应体系中加入插层剂进行插层反应，控制插层反应条件为50‐60℃、恒温6‐8h，插层反应结束后对反应液进行抽滤，将滤出固体水洗至中性、80‐90℃烘干2‐3h，获得烘干后插层石墨。

3.根据权利要求1所述一种超声波、超临界CO₂及微波三次剥离制备石墨烯的方法，其特征在于，步骤(1)中所述氧化剂和所述插层剂均为浓硫酸、重铬酸盐、双氧水、浓硝酸、高氯酸钾、高锰酸钾和过硫酸铵中的任意一种。

4.根据权利要求1所述一种超声波、超临界CO₂及微波三次剥离制备石墨烯的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述超声处理溶剂为N,N‐二甲基甲酰胺、N‐甲基吡咯烷酮、乙醇和二氧六环中的任意一种。

5.根据权利要求1所述一种超声波、超临界CO₂及微波三次剥离制备石墨烯的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述超临界处理的具体条件为：控制超临界处理温度为100‐200℃，压力为5‐30MPa，处理时间为1‐5h。

6.根据权利要求1所述一种超声波、超临界CO₂及微波三次剥离制备石墨烯的方法，其特征在于，步骤(5)中，在惰性气体气氛下进行微波辐照处理具体为：在氮气气氛或氩气气氛下进行微波辐照处理。

7.根据权利要求1所述一种超声波、超临界CO₂及微波三次剥离制备石墨烯的方法，其特征在于，所述微波辐照处理条件为：微波频率915‐2450MHz，微波输出功率密度为50‐150mW/cm ³，微波辐照时间为5‐100s。